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基于 WebGIS 的智能交通管理指挥调度系统
李瑞敏，陆化普
（清华大学交通研究所，北京 100084）
目前部分城市建设了一些用于指挥调度的交通管理系统，但是其中大多采用的 C/S(client/server)模式，且功能单一，造成系统的维护升级不方便、系统资源冗余大，不同业务系统缺少集成管理，影响着城市交通管理指挥调度的效率。智能化的交通管理指挥调度系统的建设需要能够有效地集成目前存在的多个交通管理子系统，如交通流检测系统、视频监控系统、GPS(global position system)调度系统、信息诱导系统等，同时需要提供给用户以友好的可视化界面，以提高工作效率。
近年来发展起来的B/S(brower/server)模式扩充了信息处理和交换共享上的灵活性，为不同系统的集成提供了一种途径，利用它可以实现跨平台、可互操作的分布式应用，并且可以兼顾现有系统的可重用性。地理信息系统(geography information system, GIS)技术在交通领域中的空间数据管理、图形表现、辅助决策等方面具有良好的优势，网络技术的发展使得WebGIS发展迅速，WebGIS所具有的平台独立性等特性使得其具有更广泛的访问范围、平衡高效的计算负荷以及良好的可扩展性等，可以实现与Web中的其他信息服务进行无缝集成，建立灵活多样的GIS应用，并可实现移动化的访问。
本文设计并实现了一种基于 WebGIS 的城市智能交通管理指挥调度系统，以强大的地理信息系统为支撑，通过B/S模式为用户提供交通信息的获取、可视化、视频监控、指挥调度、车辆监控等功能，以 WebGIS 为支撑实现了多个交通管理子系统的有效集成且在此基础上新增了辅助决策支持、预案管理等系统功能。

1.WebGIS 应用分析
地理信息系统为交通管理指挥调度提供了可视化的空间信息表示且提供了较强的空间分析能力，但是传统的GIS技术仅用于局域网内，难以满足交通指挥调度系统分布式结构的需求。WebGIS利用Internet技术来扩展和完善传统的GIS，可以实现网络环境下的GIS功能，从而使得交通管理者可以

从网络的任一节点来浏览GIS数据，进行地图操作、空间分析等。
WebGIS 逻辑上由 Web 浏览器、WebGIS 的信息代理、WebGIS 服务器、WebGIS 编辑器 4 部分组成。与传统的 GIS相比，WebGIS 具有如下的一些特点：
(1)更广泛的访问范围。使用 Internet 使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现；
(2)平台独立性。任何操作系统的用户都可以通过通用的Web浏览器来透明访问 WebGIS 数据库，实现远程异构数据的共享；
(3)平衡高效的计算负载。充分利用网络资源， 将基础性、全局性的处理交由服务器执行，而把数据量较小的简单操作交给客户端去完成；
(4)良好的可扩展性。 很容易与 Web 中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多样的 GIS 应用。

由于 WebGIS 的这些优越性，因此给智能交通管理指挥调度系统的实现提供了良好的技术支撑。

2.系统设计
2.1基于 WebGIS 的系统结构
智能交通管理指挥调度系统利用 WebGIS 技术及组件技术的发展与应用，为城市交通管理资源的共享、信息的管理与集成及指挥调度的实现提供了有利的支撑。从系统的功能需求和系统的层次结构上来看，将系统分为如下 4 个层次，如图 1 所示。

(1)显示层为用户界面层， 用户通过 Web 浏览器来与服务器进行交互，获得自己所需的信息及实现对其他系统或人员的管理、指挥、调度等功能。
(2)Web 服务层包含本系统所支持的 Web 服务器如 IIS等，同时包括一些交通管理指挥调度系统所需要的专业化的服务和组件等，如路况评价、交通流仿真等模块。
(3)WebGIS 服务层负责接收请求、负载平衡和服务管理，根据用户请求操作 GIS 数据库，为用户提供地理信息 GIS 服务，实现客户机与服务器的动态交互。
(4)数据资源层通过网络连接并集成异构分布的计算资源、数据服务器、文件系统等。

2.2 利用 XML 实现数据交换
XML(extensible markup language)是一种通用语言规范，它使得现有的 Internet 协议和软件更为协调，从而简化了数据的处理和传输。由于 XML 的语法允许开发者使用普通的文本来自行定义任意复杂度的结构，因此可以允许不同的系统之间跨平台交换异构的结构化数据。而目前的多个交通管
理子系统具有各自的应用系统及数据库支持，采用 XML 来进行信息集成无须对原有的系统做大量的改造即可继续使用。
在本系统设计开发中，本文采用XML进行信息集成，通过编程来提取、集成不同数据源的信息，将各个异构数据源的信息转换成XML文件，然后再处理经过解析器解析的数据流即可。每个交通管理应用子系统只要知道自己的格式和XML文件的格式， 就可以利用XML作为数据交换的中介实现与其他应用系统、应用程序的信息交换 。
在本系统中主要使用了 XML 服务器和 XML 转换器，XML 服务器主要用来检查文档的正确性(若发现存储文档的错误，则通知客户端层显示消息)以及将文档分成低粒度的信息进行存储等；XML 转换器主要实现将标准的 XML 转换为各数据源的标准查询语言以及将返回结果重新封装为XML格式的数据，进行发送提供给上层，达到数据与平台无关的互操作。

2.3系统数据库分析
综合数据库是实现智能交通管理指挥调度系统的基础和前提。综合数据库的主要功能是：
(1)从一个或多个数据源中采集必须的数据和数据目录并将其存储在一个集中的数据库中。
(2)对存储的数据进行数据质量检查、错误通知以及存储等操作。
(3)实现对数据库的维护和运行管理功能以及提供在其基础上进行交通管理指挥调度应用子系统的开发等。其目标是在尽可能少地影响目前已有各系统自治性的基础上，构造用户所需要的全局数据库，从而支持交通管理指挥调度系统的各类应用以及各数据库之间灵活的信息交换和共享。
综合数据库按照“只取所需”的基本原则来存储数据，主要为城市交通管理指挥调度系统服务，用于支撑日常的交通管理及指挥调度工作，其存储内容主要以交通管理相关数据为主。主要包括如下几类：
(1)空间地理数据。包括与城市交通相关的空间数据以及空间属性数据，例如道路、路口、停车场、交通枢纽大型场站等城市路网元素及特征建筑物等的相关数据。
(2)交通基础设施数据。除交通空间地理数据外的硬件基础设施数据，包括交通通信设施、交通检测设施、交通控制设备、交通渠化设施及其他交通设施等。
(3)交通管理业务数据。包括警力配置、管理装备等。
(4)城市交通状况数据。包括实时交通流数据、施工、事故、拥堵、气象、停车场等各类相关数据；以及交通信号控制、视频监控、警力配置、信息发布、设备故障等实时数据
(5)其他相关数据。 主要包括公共交通类相关信息(如公交线路、运行时刻表、换乘信息等)、气象信息等。

3 系统目标及技术特点
3.1 系统开发目标
根据城市智能交通管理指挥调度系统的发展需求以及城市交通管理发展的需求 ，本系统主要实现以下 3 个目标：
(1)实现相关子系统的信息共享，建立现代化的交通管理指挥调度及辅助决策支持系统。
(2)实现以交通地理信息系统为信息显示平台，根据交通管理需求，自动或半自动生成诱导方案、信号控制策略方案、警力配置方案等，实现交通指挥调度的智能化，辅助交通指挥调度人员快速形成指挥调度方案。
(3)通过专家系统构建知识库、方法库和模型库，同时通过大量的人机交互，实现系统的理论知识与现场经验的有机结合，为建立科学的交通管理决策奠定坚实的基础。
3.2 系统技术特点
本系统具有如下一些技术特点：
1)从软件构架设计上，采用多层体系架构以便于系统的扩展与维护。
(2)利用 WebGIS 技术实现地理信息系统的网络化以及空间数据和属性数据的可视化，有利于实现资源的共享，使该指挥调度系统具备跨平台的属性。
(3)利用组件技术及 XML 实现对多个已有交通管理系统的数据集成和交换，提高了整个交通指挥调度系统的集成性。
(4)采用了先进的人工智能技术与相关理论，保证系统功能的智能化实现。
4 系统的实现
4.1 系统实现方案
作为国家“十五”智能交通系统十大示范城市之一，杭州市智能交通建设的核心内容之一就是智能交通管理指挥调度系统，结合以上的技术思路，在杭州市实施了基于 WebGIS的智能交通管理指挥调度系统。
由于该系统涉及大量的空间数据，因此在数据库管理系统方面选用 Oracle9i，利用其强大的空间数据管理功能管理系统的大量空间数据，在地理信息系统工具方面，选择了ArcGIS 作为地理信息系统开发工具，利用 ArcSDE 实现对空间数据的管理，利用 ArcIMS 实现 WebGIS 的功能。开发环境选择了 Microsoft 的.NET 开发环境，主要利用 C＃语言完成开发工作。杭州市智能交通管理指挥调度系统的实现方案如图 2 所示。

4.2 系统功能
基于 WebGIS 的杭州市智能交通管理指挥系统主要包括如下几个功能：
(1)地图管理及交通状况监视功能。实现对地图图层的分层显示和管理、实现基本的放大、缩小、平移等操作；通过不同颜色实时显示道路交通流状况，分析目前的道路交通状况；动态警力分布状态监视；对超过报警等级的道路路段进行实时报警。
(2)视频监控功能。能够通过地图操作随时查看城市内的所有交通视频监控实时图像；在交通报警时自动弹出与报警地点相关的视频图像；在指挥调度过程中可以根据需要实时点击地图视频标记来查看所需的实时视频图像。
(3)信息诱导功能。包括对诱导屏的分组管理；诱导信息的实时发布；诱导信息的评价；诱导信息屏群组的优化及信息发布等。
(4)动/静态交通组织及预案管理。包括对大型活动、恶劣天气、紧急事故、城市灾害等的动态及静态预案的生成、修改、实施及辅助决策支持等；对预案库的管理及对预案的评价等。
(5)指挥调度。根据道路交通管理需要，通过 GPS 系统实时调度城市范围内的警力配置；实时调整视频监控；发布实时交通诱导信息以及调整信号控制等。
(6)其他功能。如系统管理、日志管理等。
系统界面如图 3 所示。

5 结束语
本文提出了基于 WebGIS 的城市智能交通管理指挥调度系统体系框架、基于 XML 的数据交换方法以及相应的数据ITS库设计，在此基础上结合杭州市“十五”国家 示范城市需求开发了杭州市智能交通管理指挥调度系统。与目前多个城市所应用的交通管理指挥调度系统相比，本系统通过采用WebGIS 技术不仅实现了地理信息的网络化，而且为交通管理提供了大量的可视化成果，如交通流量实时状况、报警地点等，大大提高了工作效率和系统友好程度。本系统采用XML技术来集成多个交通管理子系统的数据， 使得以前相对独立异构的管理系统得以较好地集成，进一步充分发挥了目前交通管理系统的功能，且很好地保证了现有系统的运行。
实地应用表明，该系统在提高城市交通管理水平、为交通管理提供辅助决策支持、实现灵活高效的交通管理指挥调度方面发挥了较好的作用。